Struktura zewnętrznej błony komórkowej jest krótka. Struktura i właściwości biologicznych błon komórkowych

Błony biologiczne- ogólna nazwa funkcjonalnie aktywnych struktur powierzchniowych, które wiążą komórki (błony komórkowe lub plazmatyczne) i organelle wewnątrzkomórkowe (błony mitochondriów, jąder, lizosomów, retikulum endoplazmatycznego itp.). Zawierają lipidy, białka, cząsteczki heterogenne (glikoproteiny, glikolipidy) oraz, w zależności od pełnionej funkcji, liczne drobne składniki: koenzymy, kwasy nukleinowe, przeciwutleniacze, karotenoidy, jony nieorganiczne itp.

Skoordynowane funkcjonowanie układów błonowych – receptorów, enzymów, mechanizmów transportowych – pomaga utrzymać homeostazę komórek, a jednocześnie szybko reagować na zmiany w środowisku zewnętrznym.

DO podstawowe funkcje błon biologicznych można przypisać:

· oddzielenie komórki od środowiska i utworzenie przedziałów (przedziałów) wewnątrzkomórkowych;

· kontrola i regulacja transportu ogromnej różnorodności substancji przez membrany;

· udział w zapewnieniu interakcji międzykomórkowych, przekazywanie sygnałów do komórki;

· konwersja energii substancji organicznych żywności na energię wiązań chemicznych cząsteczek ATP.

Organizacja molekularna błony komórkowej (komórkowej) jest w przybliżeniu taka sama we wszystkich komórkach: składa się z dwóch warstw cząsteczek lipidów z zawartymi w nich wieloma specyficznymi białkami. Niektóre białka błonowe mają aktywność enzymatyczną, podczas gdy inne wiążą składniki odżywcze ze środowiska i transportują je do komórki przez błony. Białka błonowe wyróżniają się charakterem połączenia ze strukturami błonowymi. Niektóre białka tzw zewnętrzne lub peryferyjne , są luźno związane z powierzchnią membrany, inne, tzw wewnętrzne lub integralne , zanurzony w membranie. Białka obwodowe można łatwo ekstrahować, natomiast białka integralne można wyizolować jedynie przy użyciu detergentów lub rozpuszczalników organicznych. Na ryc. Rycina 4 przedstawia strukturę błony plazmatycznej.

Zewnętrzne lub plazmowe błony wielu komórek, a także błony organelli wewnątrzkomórkowych, na przykład mitochondriów, chloroplastów, izolowano w postaci wolnej i badano ich skład molekularny. Wszystkie błony zawierają lipidy polarne w ilościach od 20 do 80% ich masy, w zależności od rodzaju błony, resztę stanowią głównie białka. Zatem w błonach plazmatycznych komórek zwierzęcych ilość białek i lipidów z reguły jest w przybliżeniu taka sama; wewnętrzna błona mitochondrialna zawiera około 80% białek i tylko 20% lipidów, podczas gdy błony mielinowe komórek mózgowych, przeciwnie, zawierają około 80% lipidów i tylko 20% białek.

Ryż. 4. Struktura błony komórkowej

Część lipidowa błony jest mieszaniną różnych rodzajów lipidów polarnych. Lipidy polarne, do których zaliczają się fosfoglicerolipidy, sfingolipidy i glikolipidy, nie są magazynowane w komórkach tłuszczowych, lecz integrują się z błonami komórkowymi i to w ściśle określonych proporcjach.

Wszystkie polarne lipidy w błonach ulegają ciągłej odnowie w procesie metabolicznym, w normalnych warunkach w komórce ustala się dynamiczny stan stacjonarny, w którym tempo syntezy lipidów jest równe szybkości ich rozpadu.

Błony komórek zwierzęcych zawierają głównie fosfoglicerolipidy i w mniejszym stopniu sfingolipidy; triacyloglicerole występują jedynie w śladowych ilościach. Niektóre błony komórek zwierzęcych, zwłaszcza zewnętrzna błona plazmatyczna, zawierają znaczne ilości cholesterolu i jego estrów (ryc. 5).

Ryc.5. Lipidy błonowe

Obecnie ogólnie przyjętym modelem struktury membrany jest model mozaiki płynnej, zaproponowany w 1972 roku przez S. Singera i J. Nicholsona.

Według niej białka można porównać do gór lodowych unoszących się w morzu lipidów. Jak wspomniano powyżej, istnieją 2 rodzaje białek błonowych: integralne i obwodowe. Białka integralne przenikają przez błonę i są cząsteczki amfipatyczne. Białka obwodowe nie przenikają przez błonę i są z nią słabiej związane. Główną ciągłą częścią membrany, czyli jej matrycą, jest polarna dwuwarstwa lipidowa. W normalnej temperaturze komórki matryca znajduje się w stanie ciekłym, co zapewnia pewien stosunek nasyconych i nienasyconych kwasów tłuszczowych w hydrofobowych ogonach polarnych lipidów.

Model płynnej mozaiki zakłada również, że na powierzchni białek integralnych znajdujących się w błonie znajdują się grupy R reszt aminokwasowych (głównie grupy hydrofobowe, przez co białka wydają się „rozpuszczać” w centralnej hydrofobowej części dwuwarstwy ). Jednocześnie na powierzchni białek obwodowych, czyli zewnętrznych, znajdują się głównie hydrofilowe grupy R, które pod wpływem sił elektrostatycznych przyciągane są do hydrofilowo naładowanych polarnych głów lipidów. Białka integralne, do których zaliczają się enzymy i białka transportowe, są aktywne tylko wtedy, gdy znajdują się wewnątrz hydrofobowej części dwuwarstwy, gdzie uzyskują konfigurację przestrzenną niezbędną do ujawnienia aktywności (ryc. 6). Należy jeszcze raz podkreślić, że wiązania kowalencyjne nie powstają ani pomiędzy cząsteczkami dwuwarstwy, ani pomiędzy białkami i lipidami dwuwarstwy.

Ryc.6. Białka błonowe

Białka błonowe mogą swobodnie poruszać się w płaszczyźnie bocznej. Białka peryferyjne dosłownie unoszą się na powierzchni dwuwarstwowego „morza”, podczas gdy białka integralne, podobnie jak góry lodowe, są prawie całkowicie zanurzone w warstwie węglowodorów.

W większości membrany są asymetryczne, to znaczy mają nierówne boki. Ta asymetria objawia się w następujący sposób:

· po pierwsze, że wewnętrzna i zewnętrzna strona błon plazmatycznych komórek bakteryjnych i zwierzęcych różni się składem polarnych lipidów. Na przykład wewnętrzna warstwa lipidowa błon ludzkich czerwonych krwinek zawiera głównie fosfatydyloetanoloaminę i fosfatydyloserynę, a zewnętrzna warstwa zawiera fosfatydylocholinę i sfingomielinę.

Po drugie, niektóre systemy transportu w membranach działają tylko w jednym kierunku. Na przykład w błonach erytrocytów znajduje się system transportowy („pompa”), który pompuje jony Na + z komórki do środowiska, a jony K + do komórki dzięki energii uwalnianej podczas hydrolizy ATP.

· po trzecie, zewnętrzna powierzchnia błony komórkowej zawiera bardzo dużą liczbę grup oligosacharydowych, którymi są głowy glikolipidowe i oligosacharydowe łańcuchy boczne glikoprotein, podczas gdy na wewnętrznej powierzchni błony komórkowej praktycznie nie ma grup oligosacharydowych.

Asymetria błon biologicznych zostaje zachowana dzięki temu, że przeniesienie poszczególnych cząsteczek fosfolipidów z jednej strony dwuwarstwy lipidowej na drugą jest bardzo trudne ze względów energetycznych. Polarna cząsteczka lipidu może swobodnie poruszać się po swojej stronie dwuwarstwy, ale ma ograniczoną zdolność przeskakiwania na drugą stronę.

Mobilność lipidów zależy od względnej zawartości i rodzaju obecnych nienasyconych kwasów tłuszczowych. Węglowodorowy charakter łańcuchów kwasów tłuszczowych nadaje właściwościom błony płynność i ruchliwość. W obecności cis-nienasyconych kwasów tłuszczowych siły spójności pomiędzy łańcuchami są słabsze niż w przypadku samych nasyconych kwasów tłuszczowych, a lipidy pozostają wysoce mobilne nawet w niskich temperaturach.

Na zewnątrz błon znajdują się specyficzne obszary rozpoznawania, których funkcją jest rozpoznawanie określonych sygnałów molekularnych. Na przykład to przez błonę niektóre bakterie dostrzegają niewielkie zmiany w stężeniu składnika odżywczego, co stymuluje ich ruch w kierunku źródła pożywienia; zjawisko to nazywa się chemotaksja.

Błony różnych komórek i organelli wewnątrzkomórkowych mają pewną specyfikę ze względu na swoją strukturę, skład chemiczny i funkcje. Wyróżnia się następujące główne grupy błon u organizmów eukariotycznych:

błona plazmatyczna (zewnętrzna błona komórkowa, plazmalema),

· membrana nuklearna,

siateczka śródplazmatyczna,

błony aparatu Golgiego, mitochondria, chloroplasty, osłonki mielinowe,

pobudliwe membrany.

W organizmach prokariotycznych oprócz błony komórkowej występują formacje błony wewnątrzcytoplazmatycznej, u prokariotów heterotroficznych nazywa się je mezosomy. Te ostatnie powstają w wyniku inwazji zewnętrznej błony komórkowej i w niektórych przypadkach pozostają z nią w kontakcie.

Błona krwinek czerwonych składa się z białek (50%), lipidów (40%) i węglowodanów (10%). Większość węglowodanów (93%) jest związana z białkami, reszta z lipidami. W błonie lipidy ułożone są asymetrycznie, w przeciwieństwie do symetrycznego ułożenia w micelach. Na przykład cefalina występuje głównie w wewnętrznej warstwie lipidowej. Ta asymetria jest najwyraźniej utrzymywana dzięki poprzecznemu ruchowi fosfolipidów w błonie, realizowanemu za pomocą białek błonowych i dzięki energii metabolicznej. Wewnętrzna warstwa błony erytrocytów zawiera głównie sfingomielinę, fosfatydyloetanoloaminę, fosfatydyloserynę, a zewnętrzna warstwa zawiera fosfatydylocholinę. Błona krwinek czerwonych zawiera integralną glikoproteinę glikoforyna, składające się ze 131 reszt aminokwasowych i penetrujące błonę oraz tzw. białko pasma 3, składające się z 900 reszt aminokwasowych. Składniki węglowodanowe glikoforyny pełnią funkcję receptora dla wirusów grypy, fitohemaglutynin i wielu hormonów. W błonie erytrocytów znaleziono inne integralne białko, zawierające niewiele węglowodanów i przenikające przez błonę. Jest on nazywany białko tunelowe(składnik a), ponieważ uważa się, że tworzy kanał dla anionów. Białkiem obwodowym związanym z wewnętrzną stroną błony erytrocytów jest spektryna.

Błony mielinowe otaczające aksony neuronów są wielowarstwowe, zawierają dużą ilość lipidów (około 80%, z czego połowa to fosfolipidy). Białka tych błon są ważne dla mocowania soli błonowych leżących jedna na drugiej.

Membrany chloroplastowe. Chloroplasty pokryte są dwuwarstwową membraną. Błona zewnętrzna ma pewne podobieństwa do błony mitochondriów. Oprócz tej błony powierzchniowej chloroplasty mają wewnętrzny system błon - lamele. Blaszki tworzą albo spłaszczone pęcherzyki - tylakoidy, które ułożone jeden nad drugim gromadzą się w paczki (granas) lub tworzą układ błon zrębowych (lamele zrębu). Płytki grany i zrębu po zewnętrznej stronie błony tylakoidów to stężone grupy hydrofilowe, galakto- i sulfolipidy. Część fitolowa cząsteczki chlorofilu jest zanurzona w globuli i styka się z hydrofobowymi grupami białek i lipidów. Jądra porfirynowe chlorofilu zlokalizowane są głównie pomiędzy stykającymi się błonami tylakoidów grana.

Wewnętrzna (cytoplazmatyczna) błona bakteryjna jego struktura jest podobna do wewnętrznych błon chloroplastów i mitochondriów. Zlokalizowane są w nim enzymy łańcucha oddechowego i transportu aktywnego; enzymy biorące udział w tworzeniu składników błony. Dominującym składnikiem błon bakteryjnych są białka: stosunek białko/lipid (wagowo) wynosi 3:1. Błona zewnętrzna bakterii Gram-ujemnych w porównaniu z błoną cytoplazmatyczną zawiera mniejszą ilość różnych fosfolipidów i białek. Obie błony różnią się składem lipidów. Błona zewnętrzna zawiera białka tworzące pory umożliwiające penetrację wielu substancji niskocząsteczkowych. Charakterystycznym składnikiem błony zewnętrznej jest także specyficzny lipopolisacharyd. Szereg białek błony zewnętrznej służy jako receptory dla fagów.

Błona wirusa. Wśród wirusów struktury błonowe są charakterystyczne dla tych zawierających nukleokapsyd, który składa się z białka i kwasu nukleinowego. Ten „rdzeń” wirusów jest otoczony błoną (otoczką). Składa się również z dwuwarstwy lipidowej z osadzonymi glikoproteinami zlokalizowanymi głównie na powierzchni błony. W przypadku wielu wirusów (mikrowirusów) 70–80% wszystkich białek znajduje się w błonach, pozostałe białka znajdują się w nukleokapsydzie.

Zatem błony komórkowe są strukturami bardzo złożonymi; ich składowe kompleksy molekularne tworzą uporządkowaną dwuwymiarową mozaikę, która nadaje biologiczną specyficzność powierzchni membrany.

Podstawową jednostką strukturalną żywego organizmu jest komórka będąca zróżnicowanym odcinkiem cytoplazmy otoczonym błoną komórkową. Ze względu na to, że komórka pełni wiele ważnych funkcji, takich jak rozmnażanie, odżywianie, ruch, błona musi być plastyczna i gęsta.

Historia odkrycia i badań błony komórkowej

W 1925 roku Grendel i Gorder przeprowadzili udany eksperyment mający na celu identyfikację „cieni” czerwonych krwinek, czyli pustych błon. Pomimo kilku poważnych błędów naukowcy odkryli dwuwarstwę lipidową. Ich pracę kontynuowali Danielli, Dawson w 1935 i Robertson w 1960. W wyniku wielu lat pracy i nagromadzenia argumentów, w 1972 roku Singer i Nicholson stworzyli model płynnej mozaiki struktury membrany. Dalsze eksperymenty i badania potwierdziły prace naukowców.

Oznaczający

Co to jest błona komórkowa? Słowo to zaczęto używać ponad sto lat temu, w tłumaczeniu z łaciny oznacza „film”, „skórę”. W ten sposób wyznacza się granicę komórki, która stanowi naturalną barierę pomiędzy zawartością wewnętrzną a środowiskiem zewnętrznym. Struktura błony komórkowej oznacza półprzepuszczalność, dzięki czemu wilgoć, składniki odżywcze i produkty rozkładu mogą swobodnie przez nią przechodzić. Powłokę tę można nazwać głównym elementem strukturalnym organizacji komórkowej.

Rozważmy główne funkcje błony komórkowej

1. Oddziela wewnętrzną zawartość komórki od składników środowiska zewnętrznego.

2. Pomaga w utrzymaniu stałego składu chemicznego komórki.

3. Reguluje prawidłowy metabolizm.

4. Zapewnia komunikację pomiędzy komórkami.

5. Rozpoznaje sygnały.

6. Funkcja ochrony.

„Powłoka plazmowa”

Zewnętrzna błona komórkowa, zwana także błoną plazmatyczną, to ultramikroskopowy film, którego grubość waha się od pięciu do siedmiu nanomilimetrów. Składa się głównie ze związków białkowych, fosfolidów i wody. Folia jest elastyczna, łatwo wchłania wodę, a po uszkodzeniu szybko przywraca swoją integralność.

Ma uniwersalną strukturę. Błona ta zajmuje pozycję graniczną, bierze udział w procesie selektywnej przepuszczalności, usuwaniu produktów rozpadu i je syntetyzuje. Związek z „sąsiadami” i niezawodna ochrona zawartości wewnętrznej przed uszkodzeniem sprawia, że ​​jest to ważny element w takich kwestiach, jak budowa ogniwa. Błona komórkowa organizmów zwierzęcych jest czasami pokryta cienką warstwą - glikokaliksem, który zawiera białka i polisacharydy. Komórki roślinne na zewnątrz błony są chronione przez ścianę komórkową, która służy jako podpora i utrzymuje kształt. Głównym składnikiem jego składu jest błonnik (celuloza) – polisacharyd nierozpuszczalny w wodzie.

Zatem zewnętrzna błona komórkowa pełni funkcję naprawy, ochrony i interakcji z innymi komórkami.

Struktura błony komórkowej

Grubość tej ruchomej skorupy waha się od sześciu do dziesięciu nanomilimetrów. Błona komórkowa komórki ma specjalny skład, którego podstawą jest dwuwarstwa lipidowa. Ogony hydrofobowe, obojętne na wodę, znajdują się po wewnętrznej stronie, natomiast główki hydrofilowe, oddziałujące z wodą, skierowane są na zewnątrz. Każdy lipid jest fosfolipidem, który powstał w wyniku oddziaływania substancji takich jak glicerol i sfingozyna. Szkielet lipidowy jest ściśle otoczony białkami, które ułożone są w nieciągłą warstwę. Część z nich zanurzona jest w warstwie lipidowej, reszta przez nią przechodzi. W efekcie powstają obszary przepuszczalne dla wody. Funkcje pełnione przez te białka są różne. Część z nich to enzymy, reszta to białka transportowe, które przenoszą różne substancje ze środowiska zewnętrznego do cytoplazmy i z powrotem.

Błona komórkowa jest przenikana i ściśle połączona przez białka integralne, a połączenie z białkami obwodowymi jest słabsze. Białka te pełnią ważną funkcję, jaką jest utrzymanie struktury błony, odbieranie i przetwarzanie sygnałów z otoczenia, transport substancji oraz katalizowanie reakcji zachodzących na błonach.

Mieszanina

Podstawą błony komórkowej jest warstwa dwucząsteczkowa. Dzięki swojej ciągłości komórka posiada właściwości barierowe i mechaniczne. Na różnych etapach życia ta dwuwarstwa może zostać zakłócona. W efekcie powstają defekty strukturalne porów hydrofilowych. W takim przypadku mogą zmienić się absolutnie wszystkie funkcje takiego składnika, jak błona komórkowa. Rdzeń może cierpieć z powodu wpływów zewnętrznych.

Nieruchomości

Błona komórkowa komórki ma ciekawe cechy. Ze względu na swoją płynność membrana ta nie jest sztywną strukturą, a większość tworzących ją białek i lipidów porusza się swobodnie po płaszczyźnie membrany.

Ogólnie rzecz biorąc, błona komórkowa jest asymetryczna, dlatego skład warstw białkowych i lipidowych jest różny. Błony plazmatyczne w komórkach zwierzęcych posiadają od zewnętrznej strony warstwę glikoproteinową, która pełni funkcje receptorowe i sygnalizacyjne, a także odgrywa dużą rolę w procesie łączenia komórek w tkankę. Błona komórkowa jest polarna, co oznacza, że ​​ładunek na zewnątrz jest dodatni, a ładunek wewnątrz jest ujemny. Oprócz wszystkich powyższych, błona komórkowa ma selektywny wgląd.

Oznacza to, że oprócz wody do komórki wpuszczana jest tylko pewna grupa cząsteczek i jonów rozpuszczonych substancji. Stężenie substancji takiej jak sód w większości komórek jest znacznie niższe niż w środowisku zewnętrznym. Jony potasu mają inny stosunek: ich ilość w komórce jest znacznie większa niż w środowisku. Pod tym względem jony sodu mają tendencję do przenikania przez błonę komórkową, a jony potasu mają tendencję do uwalniania na zewnątrz. W tych okolicznościach membrana aktywuje specjalny system, który pełni rolę „pompującą”, wyrównując stężenie substancji: jony sodu pompowane są na powierzchnię komórki, a jony potasu do środka. Ta cecha jest jedną z najważniejszych funkcji błony komórkowej.

Ta tendencja jonów sodu i potasu do przemieszczania się do wewnątrz z powierzchni odgrywa dużą rolę w transporcie cukru i aminokwasów do komórki. W procesie aktywnego usuwania jonów sodu z komórki błona stwarza warunki dla nowego pobrania glukozy i aminokwasów do jej wnętrza. Wręcz przeciwnie, w procesie przenoszenia jonów potasu do wnętrza komórki, uzupełniana jest liczba „transporterów” produktów rozpadu z wnętrza komórki do środowiska zewnętrznego.

W jaki sposób odżywianie komórek odbywa się przez błonę komórkową?

Wiele komórek pobiera substancje w procesach takich jak fagocytoza i pinocytoza. W pierwszym wariancie elastyczna membrana zewnętrzna tworzy niewielkie wgłębienie, w którym trafia wychwycona cząstka. Średnica wgłębienia staje się następnie większa, aż zamknięta cząstka przedostanie się do cytoplazmy komórki. Poprzez fagocytozę odżywiają się niektóre pierwotniaki, takie jak ameby, a także komórki krwi - leukocyty i fagocyty. Podobnie komórki wchłaniają płyn zawierający niezbędne składniki odżywcze. Zjawisko to nazywa się pinocytozą.

Błona zewnętrzna jest ściśle połączona z siateczką śródplazmatyczną komórki.

Wiele rodzajów głównych składników tkanki ma wypukłości, fałdy i mikrokosmki na powierzchni błony. Komórki roślinne na zewnątrz tej skorupy pokryte są inną, grubą i dobrze widoczną pod mikroskopem. Włókno, z którego są wykonane, stanowi podporę dla tkanek roślinnych, takich jak drewno. Komórki zwierzęce mają również szereg struktur zewnętrznych, które znajdują się na błonie komórkowej. Mają wyłącznie charakter ochronny, czego przykładem jest chityna zawarta w komórkach powłokowych owadów.

Oprócz błony komórkowej istnieje błona wewnątrzkomórkowa. Jego funkcją jest podzielenie komórki na kilka wyspecjalizowanych zamkniętych przedziałów - przedziałów lub organelli, w których należy zachować określone środowisko.

Nie sposób zatem przecenić roli takiego składnika podstawowej jednostki żywego organizmu, jak błona komórkowa. Struktura i funkcje sugerują znaczne powiększenie całkowitej powierzchni komórki i poprawę procesów metabolicznych. Ta struktura molekularna składa się z białek i lipidów. Odgradzając komórkę od środowiska zewnętrznego, membrana zapewnia jej integralność. Z jego pomocą połączenia międzykomórkowe utrzymują się na dość silnym poziomie, tworząc tkanki. W związku z tym możemy stwierdzić, że błona komórkowa odgrywa jedną z najważniejszych ról w komórce. Struktura i funkcje przez nią pełnione różnią się radykalnie w różnych komórkach, w zależności od ich przeznaczenia. Dzięki tym cechom osiąga się różnorodne czynności fizjologiczne błon komórkowych i ich rolę w istnieniu komórek i tkanek.

Wszystkie żywe organizmy na Ziemi składają się z komórek, a każda komórka jest otoczona ochronną powłoką - membraną. Jednak funkcje błony nie ograniczają się do ochrony organelli i oddzielania jednej komórki od drugiej. Błona komórkowa to złożony mechanizm bezpośrednio zaangażowany w reprodukcję, regenerację, odżywianie, oddychanie i wiele innych ważnych funkcji komórki.

Termin „błona komórkowa” jest używany od około stu lat. Samo słowo „membrana” oznacza po łacinie „film”. Jednak w przypadku błony komórkowej bardziej słuszne byłoby mówienie o zbiorze dwóch folii połączonych ze sobą w określony sposób, a różne strony tych folii mają różne właściwości.

Błona komórkowa (cytolemma,plazmalemma) to trójwarstwowa membrana lipoproteinowa (białko tłuszczowe), która oddziela każdą komórkę od sąsiadujących komórek i środowiska oraz zapewnia kontrolowaną wymianę między komórkami a środowiskiem.

Kluczowe dla tej definicji nie jest to, że błona komórkowa oddziela jedną komórkę od drugiej, ale to, że pozwala jej na interakcję z innymi komórkami i środowiskiem. Błona jest bardzo aktywną, stale pracującą strukturą komórki, której natura przypisuje wiele funkcji. Z naszego artykułu dowiesz się wszystkiego o składzie, budowie, właściwościach i funkcjach błony komórkowej, a także o niebezpieczeństwie, jakie dla zdrowia człowieka niosą zaburzenia w funkcjonowaniu błon komórkowych.

Historia badań błon komórkowych

W 1925 roku dwóm niemieckim naukowcom, Gorterowi i Grendelowi, udało się przeprowadzić złożony eksperyment na ludzkich czerwonych krwinkach, czyli erytrocytach. Wykorzystując szok osmotyczny, badacze uzyskali tzw. „cienie” – puste błony czerwonych krwinek, następnie ułożyli je w stosy i zmierzyli pole powierzchni. Kolejnym krokiem było obliczenie ilości lipidów w błonie komórkowej. Za pomocą acetonu naukowcy wyizolowali lipidy z „cieni” i ustalili, że jest ich wystarczająco dużo, aby utworzyć ciągłą podwójną warstwę.

Jednak podczas eksperymentu popełniono dwa poważne błędy:

Zastosowanie acetonu nie pozwala na izolację absolutnie wszystkich lipidów z membran;

Powierzchnię „cieni” obliczono na podstawie suchej masy, co również jest błędne.

Ponieważ pierwszy błąd dał minus w obliczeniach, a drugi plus, ogólny wynik okazał się zaskakująco dokładny, a niemieccy naukowcy wnieśli do świata naukowego najważniejsze odkrycie - dwuwarstwę lipidową błony komórkowej.

W 1935 roku kolejna para badaczy, Danielli i Dawson, po wielu eksperymentach z błonami bilipidowymi, doszła do wniosku o obecności białek w błonach komórkowych. Nie można było inaczej wyjaśnić, dlaczego te filmy miały tak wysokie napięcie powierzchniowe. Naukowcy przedstawili opinii publicznej schematyczny model błony komórkowej przypominającej kanapkę, w której rolę kawałków chleba pełnią jednorodne warstwy lipidowo-białkowe, a pomiędzy nimi zamiast oleju znajduje się pustka.

W 1950 roku za pomocą pierwszego mikroskopu elektronowego częściowo potwierdzono teorię Danielli-Dawsona – na mikrofotografiach błony komórkowej wyraźnie widoczne były dwie warstwy składające się z głów lipidowych i białkowych, a pomiędzy nimi przezroczysta przestrzeń wypełniona jedynie ogony lipidów i białek.

Kierując się tymi danymi, w 1960 roku amerykański mikrobiolog J. Robertson opracował teorię dotyczącą trójwarstwowej budowy błon komórkowych, którą przez długi czas uważano za jedyną słuszną. Jednak w miarę rozwoju nauki pojawiało się coraz więcej wątpliwości co do jednorodności tych warstw. Z punktu widzenia termodynamiki taka struktura jest wyjątkowo niekorzystna - komórkom byłoby bardzo trudno transportować substancje przez całą „kanapkę”. Ponadto udowodniono, że błony komórkowe różnych tkanek mają różną grubość i sposób mocowania, co wynika z różnej funkcji narządów.

W 1972 roku mikrobiolodzy S.D. Singer i G.L. Nicholsonowi udało się wyjaśnić wszystkie niespójności w teorii Robertsona, korzystając z nowego, płynnego modelu mozaiki błony komórkowej. Naukowcy odkryli, że membrana jest niejednorodna, asymetryczna, wypełniona cieczą, a jej komórki znajdują się w ciągłym ruchu. A tworzące go białka mają różne struktury i cele, ponadto są odmiennie zlokalizowane w stosunku do warstwy bilipidowej błony.

Błony komórkowe zawierają trzy rodzaje białek:

Peryferyjne – mocowane do powierzchni folii;

Półintegralny– częściowo przenikają do warstwy bilipidowej;

Integralny - całkowicie przenika przez membranę.

Białka obwodowe łączą się z głowami lipidów błonowych poprzez oddziaływanie elektrostatyczne i nigdy nie tworzą ciągłej warstwy, jak wcześniej sądzono. Białka półintegralne i integralne służą do transportu tlenu i składników odżywczych do komórki, a także do usuwania rozpadu produkty z niego i nie tylko dla kilku ważnych funkcji, o których dowiesz się poniżej.

Błona komórkowa spełnia następujące funkcje:

Bariera - przepuszczalność błony dla różnych typów cząsteczek nie jest taka sama.Aby ominąć błonę komórkową, cząsteczka musi mieć określony rozmiar, właściwości chemiczne i ładunek elektryczny. Szkodliwe lub niewłaściwe cząsteczki, ze względu na funkcję barierową błony komórkowej, po prostu nie mogą przedostać się do komórki. Na przykład za pomocą reakcji nadtlenkowej membrana chroni cytoplazmę przed niebezpiecznymi nadtlenkami;

Transport - przez membranę przechodzi wymiana pasywna, czynna, regulowana i selektywna. Wymiana pasywna jest odpowiednia dla substancji i gazów rozpuszczalnych w tłuszczach składających się z bardzo małych cząsteczek. Substancje takie wnikają do i z komórki bez wydatku energetycznego, swobodnie, poprzez dyfuzję. Aktywna funkcja transportowa błony komórkowej jest aktywowana, gdy jest to konieczne, ale trudne do transportu substancje muszą być transportowane do lub z komórki. Na przykład te o dużych rozmiarach cząsteczek lub te, które nie mogą przejść przez warstwę bilipidową ze względu na hydrofobowość. Zaczynają wówczas działać białka pompujące, w tym ATPaza, która odpowiada za wchłanianie jonów potasu do wnętrza komórki i wyrzucanie z niej jonów sodu. Regulowana wymiana transportowa jest konieczna dla funkcji wydzielania i fermentacji, na przykład gdy komórki wytwarzają i wydzielają hormony lub sok żołądkowy. Wszystkie te substancje opuszczają komórki specjalnymi kanałami i w określonej objętości. A selektywna funkcja transportu jest związana z tymi bardzo integralnymi białkami, które przenikają przez błonę i służą jako kanał dla wejścia i wyjścia ściśle określonych typów cząsteczek;

Macierz - błona komórkowa określa i utrwala położenie organelli względem siebie (jądro, mitochondria, chloroplasty) oraz reguluje interakcję między nimi;

Mechaniczny – zapewnia oddzielenie jednej komórki od drugiej, a jednocześnie prawidłowe połączenie komórek w jednorodną tkankę i odporność narządów na odkształcenia;

Ochronna – zarówno u roślin, jak i zwierząt błona komórkowa stanowi podstawę do budowy szkieletu ochronnego. Przykładami mogą tu być: twarde drewno, gruba skóra i kłujące ciernie. W świecie zwierząt istnieje również wiele przykładów ochronnej funkcji błon komórkowych - skorupa żółwia, skorupa chitynowa, kopyta i rogi;

Energia - procesy fotosyntezy i oddychania komórkowego nie byłyby możliwe bez udziału białek błony komórkowej, gdyż to właśnie za pomocą kanałów białkowych komórki wymieniają energię;

Receptor – białka osadzone w błonie komórkowej mogą pełnić jeszcze jedną ważną funkcję. Służą jako receptory, przez które komórka odbiera sygnały od hormonów i neuroprzekaźników. A to z kolei jest niezbędne do przewodzenia impulsów nerwowych i normalnego przebiegu procesów hormonalnych;

Enzymatyka to kolejna ważna funkcja właściwa niektórym białkom błony komórkowej. Na przykład w nabłonku jelitowym za pomocą takich białek syntetyzuje się enzymy trawienne;

Biopotencjał– stężenie jonów potasu wewnątrz komórki jest znacznie wyższe niż na zewnątrz, a stężenie jonów sodu przeciwnie, jest większe na zewnątrz niż wewnątrz. To wyjaśnia różnicę potencjałów: wewnątrz komórki ładunek jest ujemny, na zewnątrz jest dodatni, co sprzyja przemieszczaniu się substancji do i z komórki podczas jednego z trzech typów wymiany - fagocytozy, pinocytozy i egzocytozy;

Znakowanie – na powierzchni błon komórkowych znajdują się tzw. „znaczniki” – antygeny składające się z glikoprotein (białek z przyłączonymi do nich rozgałęzionymi łańcuchami bocznymi oligosacharydów). Ponieważ łańcuchy boczne mogą mieć wiele konfiguracji, każdy typ komórki otrzymuje swoją własną, niepowtarzalną etykietę, która pozwala innym komórkom w organizmie rozpoznać go wzrokowo i prawidłowo na niego zareagować. Dlatego np. ludzkie komórki odpornościowe, makrofagi, z łatwością rozpoznają obcego, który dostał się do organizmu (infekcję, wirusa) i próbują go zniszczyć. To samo dzieje się z chorymi, zmutowanymi i starymi komórkami – etykieta na ich błonie komórkowej zmienia się i organizm się ich pozbywa.

Wymiana komórkowa zachodzi przez błony i można ją osiągnąć poprzez trzy główne typy reakcji:

Fagocytoza to proces komórkowy, podczas którego fagocyty osadzone w błonie wychwytują i trawią stałe cząstki składników odżywczych. W organizmie człowieka fagocytoza jest przeprowadzana przez błony dwóch typów komórek: granulocytów (ziarnistych leukocytów) i makrofagów (komórek zabójców układu odpornościowego);

Pinocytoza to proces wychwytywania stykających się z nią cząsteczek cieczy przez powierzchnię błony komórkowej. W celu odżywiania typu pinocytozy komórka wytwarza na swojej błonie cienkie, puszyste wypustki w kształcie wąsów, które wydają się otaczać kroplę płynu, w wyniku czego powstaje pęcherzyk. Najpierw ta bańka wystaje ponad powierzchnię błony, a następnie zostaje „połknięta” - chowa się wewnątrz komórki, a jej ściany łączą się z wewnętrzną powierzchnią błony komórkowej. Pinocytoza występuje w prawie wszystkich żywych komórkach;

Egzocytoza to proces odwrotny, podczas którego wewnątrz komórki tworzą się pęcherzyki z wydzielniczym płynem funkcjonalnym (enzym, hormon), który należy w jakiś sposób usunąć z komórki do środowiska. Aby to zrobić, pęcherzyk najpierw łączy się z wewnętrzną powierzchnią błony komórkowej, następnie wystaje na zewnątrz, pęka, wydala zawartość i ponownie łączy się z powierzchnią błony, tym razem od zewnątrz. Egzocytoza zachodzi m.in. w komórkach nabłonka jelit i kory nadnerczy.

Błony komórkowe zawierają trzy klasy lipidów:

Fosfolipidy;

Glikolipidy;

Cholesterol.

Z kolei fosfolipidy (połączenie tłuszczów i fosforu) oraz glikolipidy (połączenie tłuszczów i węglowodanów) składają się z hydrofilowej głowy, z której odchodzą dwa długie hydrofobowe ogony. Jednak cholesterol czasami zajmuje przestrzeń pomiędzy tymi dwoma ogonami i zapobiega ich zginaniu, co powoduje, że błony niektórych komórek stają się sztywne. Ponadto cząsteczki cholesterolu organizują strukturę błon komórkowych i zapobiegają przechodzeniu cząsteczek polarnych z jednej komórki do drugiej.

Ale najważniejszym składnikiem, jak widać z poprzedniej części dotyczącej funkcji błon komórkowych, są białka. Ich skład, przeznaczenie i lokalizacja są bardzo zróżnicowane, ale jest coś, co je łączy: lipidy pierścieniowe zawsze znajdują się wokół białek błon komórkowych. Są to specjalne tłuszcze, które mają przejrzystą strukturę, są stabilne, zawierają więcej nasyconych kwasów tłuszczowych i są uwalniane z błon komórkowych wraz z „sponsorowanymi” białkami. To rodzaj osobistej powłoki ochronnej dla białek, bez której po prostu nie mogłyby działać.

Struktura błony komórkowej jest trójwarstwowa. Pośrodku znajduje się stosunkowo jednorodna płynna warstwa bilipidowa, którą białka pokrywają z obu stron niczym mozaika, częściowo wnikając w jej grubość. Oznacza to, że błędem byłoby sądzić, że zewnętrzne warstwy białkowe błon komórkowych są ciągłe. Białka, oprócz swoich złożonych funkcji, są potrzebne w błonie, aby przedostać się do komórek i transportować z nich te substancje, które nie są w stanie przeniknąć przez warstwę tłuszczu. Na przykład jony potasu i sodu. Zapewnione są dla nich specjalne struktury białkowe - kanały jonowe, które omówimy bardziej szczegółowo poniżej.

Jeśli spojrzysz na błonę komórkową pod mikroskopem, zobaczysz warstwę lipidów utworzoną z maleńkich kulistych cząsteczek, po których unoszą się duże komórki białkowe o różnych kształtach, niczym po morzu. Dokładnie te same błony dzielą wewnętrzną przestrzeń każdej komórki na przedziały, w których wygodnie rozmieszczone jest jądro, chloroplasty i mitochondria. Gdyby wewnątrz komórki nie było oddzielnych „pomieszczeń”, organelle sklejałyby się ze sobą i nie byłyby w stanie prawidłowo wykonywać swoich funkcji.

Komórka to ustrukturyzowany i otoczony błoną zestaw organelli, który uczestniczy w kompleksie procesów energetycznych, metabolicznych, informacyjnych i reprodukcyjnych, które zapewniają funkcje życiowe organizmu.

Jak wynika z tej definicji, błona jest najważniejszym funkcjonalnym elementem każdej komórki. Jego znaczenie jest tak samo wielkie, jak znaczenie jądra, mitochondriów i innych organelli komórkowych. A o wyjątkowych właściwościach membrany decyduje jej budowa: składa się ona z dwóch folii, scalonych ze sobą w specjalny sposób. Cząsteczki fosfolipidów w błonie są ułożone z hydrofilowymi głowami na zewnątrz i hydrofobowymi ogonami do wewnątrz. Dlatego jedna strona folii jest zwilżona wodą, a druga nie. Zatem folie te są połączone ze sobą niezwilżalnymi stronami do wewnątrz, tworząc warstwę bilipidową otoczoną cząsteczkami białka. Jest to bardzo „kanapkowa” struktura błony komórkowej.

Kanały jonowe błony komórkowej

Przyjrzyjmy się bliżej zasadzie działania kanałów jonowych. Do czego są potrzebne? Faktem jest, że przez błonę lipidową mogą łatwo przenikać tylko substancje rozpuszczalne w tłuszczach - są to gazy, alkohole i same tłuszcze. Na przykład tlen i dwutlenek węgla w czerwonych krwinkach podlegają ciągłej wymianie i w tym celu nasz organizm nie musi uciekać się do żadnych dodatkowych sztuczek. Co jednak zrobić, gdy zachodzi potrzeba transportu roztworów wodnych, takich jak sole sodu i potasu, przez błonę komórkową?

Niemożliwe byłoby wytworzenie ścieżki dla takich substancji w warstwie bilipidowej, gdyż dziury natychmiast zamykałyby się i ponownie sklejały, taka jest budowa każdej tkanki tłuszczowej. Ale natura jak zawsze znalazła wyjście z sytuacji i stworzyła specjalne struktury transportu białek.

Istnieją dwa rodzaje białek przewodzących:

Transportery to półintegralne białka pompujące;

Kanały tworzące są białkami integralnymi.

Białka pierwszego typu są częściowo zanurzone w warstwie bilipidowej błony komórkowej, a ich głowy wychodzą, a w obecności pożądanej substancji zaczynają zachowywać się jak pompa: przyciągają cząsteczkę i zasysają ją do komórki . A białka drugiego typu, integralne, mają wydłużony kształt i są umieszczone prostopadle do warstwy bilipidowej błony komórkowej, przenikając ją. Przez nie, niczym przez tunele, do i z komórki przedostają się substancje, które nie są w stanie przejść przez tłuszcz. To przez kanały jonowe jony potasu wnikają do komórki i gromadzą się w niej, a jony sodu, wręcz przeciwnie, są usuwane na zewnątrz. Powstaje różnica potencjałów elektrycznych, która jest tak niezbędna do prawidłowego funkcjonowania wszystkich komórek naszego organizmu.

Najważniejsze wnioski dotyczące budowy i funkcji błon komórkowych

Teoria zawsze wygląda interesująco i obiecująco, jeśli można ją z pożytkiem zastosować w praktyce. Odkrycie budowy i funkcji błon komórkowych w organizmie człowieka pozwoliło naukowcom dokonać prawdziwego przełomu w nauce w ogóle, a w szczególności w medycynie. To nie przypadek, że tak szczegółowo zajęliśmy się kanałami jonowymi, ponieważ tutaj kryje się odpowiedź na jedno z najważniejszych pytań naszych czasów: dlaczego ludzie coraz częściej chorują na raka?

Rak zabija co roku około 17 milionów ludzi na całym świecie i jest czwartą najczęstszą przyczyną wszystkich zgonów. Według WHO zapadalność na nowotwory stale rośnie i do końca 2020 roku może osiągnąć 25 milionów rocznie.

Co wyjaśnia obecną epidemię nowotworów i co ma z tym wspólnego funkcja błon komórkowych? Powiesz: powodem jest zła sytuacja środowiskowa, złe odżywianie, złe nawyki i ciężka dziedziczność. I oczywiście będziesz miał rację, ale jeśli mówimy o problemie bardziej szczegółowo, przyczyną jest kwasowość ludzkiego organizmu. Wymienione powyżej czynniki negatywne prowadzą do zakłócenia funkcjonowania błon komórkowych oraz utrudniają oddychanie i odżywianie.

Tam, gdzie powinien być plus, powstaje minus i komórka nie może normalnie funkcjonować. Ale komórki nowotworowe nie potrzebują ani tlenu, ani środowiska zasadowego - mogą korzystać z żywienia beztlenowego. Dlatego w warunkach niedoboru tlenu i pH przekraczającego skalę zdrowe komórki mutują, chcąc przystosować się do środowiska, i stają się komórkami nowotworowymi. W ten sposób człowiek zapada na raka. Aby tego uniknąć, wystarczy codziennie pić wystarczającą ilość czystej wody i unikać substancji rakotwórczych w jedzeniu. Ale z reguły ludzie doskonale zdają sobie sprawę ze szkodliwych produktów i zapotrzebowania na wodę wysokiej jakości i nic nie robią - mają nadzieję, że kłopoty ich ominą.

Znając cechy strukturalne i funkcje błon komórkowych różnych komórek, lekarze mogą wykorzystać te informacje, aby zapewnić ukierunkowane działanie terapeutyczne na organizm. Wiele nowoczesnych leków, dostając się do naszego organizmu, szuka pożądanego „celu”, którym mogą być kanały jonowe, enzymy, receptory i biomarkery błon komórkowych. Ta metoda leczenia pozwala osiągnąć lepsze efekty przy minimalnych skutkach ubocznych.

Antybiotyki najnowszej generacji, dostając się do krwi, nie zabijają wszystkich komórek z rzędu, ale wyszukują konkretnie komórki patogenu, koncentrując się na markerach w jego błonach komórkowych. Najnowsze leki przeciwmigrenowe, tryptany, zwężają jedynie objęte stanem zapalnym naczynia krwionośne mózgu, nie wywierając prawie żadnego wpływu na serce i obwodowy układ krążenia. I rozpoznają niezbędne naczynia właśnie po białkach błon komórkowych. Takich przykładów jest wiele, dlatego śmiało możemy stwierdzić, że wiedza o budowie i funkcjach błon komórkowych leży u podstaw rozwoju współczesnej nauki medycznej i co roku ratuje życie milionów ludzi.

Edukacja: Moskiewski Instytut Medyczny nazwany na cześć. I. M. Sechenov, specjalność - „Medycyna ogólna” w 1991 r., w 1993 r. „Choroby zawodowe”, w 1996 r. „Terapia”.

pola tekstowe

pola tekstowe

strzałka_w górę

Komórki są oddzielone od środowiska wewnętrznego organizmu błoną komórkową lub komórkową.

Membrana zapewnia:

1) Selektywne przenikanie do i z komórki cząsteczek i jonów niezbędnych do pełnienia określonych funkcji komórkowych;
2) Selektywny transport jonów przez błonę, utrzymując przezbłonową różnicę potencjałów elektrycznych;
3) Specyfika kontaktów międzykomórkowych.

Dzięki obecności w błonie licznych receptorów odbierających sygnały chemiczne – hormonów, mediatorów i innych substancji biologicznie czynnych, jest w stanie zmieniać aktywność metaboliczną komórki. Błony zapewniają swoistość objawów immunologicznych ze względu na obecność na nich antygenów - struktur powodujących powstawanie przeciwciał, które mogą specyficznie wiązać się z tymi antygenami.
Jądro i organelle komórki są również oddzielone od cytoplazmy błonami, które uniemożliwiają swobodny przepływ wody i rozpuszczonych w niej substancji z cytoplazmy do nich i odwrotnie. Stwarza to warunki do rozdzielenia procesów biochemicznych zachodzących w różnych przedziałach wewnątrz komórki.

Struktura błony komórkowej

pola tekstowe

pola tekstowe

strzałka_w górę

Błona komórkowa jest strukturą elastyczną o grubości od 7 do 11 nm (ryc. 1.1). Składa się głównie z lipidów i białek. Od 40 do 90% wszystkich lipidów stanowią fosfolipidy - fosfatydylocholina, fosfatydyloetanoloamina, fosfatydyloseryna, sfingomielina i fosfatydyloinozytol. Ważnym składnikiem błony są glikolipidy, reprezentowane przez cerebrozydy, sulfatydy, gangliozydy i cholesterol.

Ryż. 1.1 Organizacja membrany.

Podstawowa budowa błony komórkowej jest podwójną warstwą cząsteczek fosfolipidów. W wyniku oddziaływań hydrofobowych łańcuchy węglowodanowe cząsteczek lipidów są utrzymywane blisko siebie w stanie wydłużonym. Grupy cząsteczek fosfolipidów obu warstw oddziałują z cząsteczkami białka zanurzonymi w błonie lipidowej. Dzięki temu, że większość składników lipidowych dwuwarstwy znajduje się w stanie ciekłym, błona jest ruchliwa i wykonuje ruchy falowe. Jego sekcje, a także białka zanurzone w dwuwarstwie lipidowej, są mieszane z jednej części do drugiej. Mobilność (płynność) błon komórkowych ułatwia procesy transportu substancji przez błonę.

Białka błon komórkowych reprezentowane są głównie przez glikoproteiny. Tam są:

białka integralne, przenikając przez całą grubość membrany i
białka obwodowe, przyczepiony wyłącznie do powierzchni membrany, głównie do jej wewnętrznej części.

Białka obwodowe prawie wszystkie działają jako enzymy (acetylocholinoesteraza, fosfatazy kwasowe i jedwabne itp.). Ale niektóre enzymy są również reprezentowane przez białka integralne - ATPazę.

Białka integralne zapewniają selektywną wymianę jonów poprzez kanały błonowe pomiędzy płynem zewnątrzkomórkowym i wewnątrzkomórkowym, a także działają jako białka transportujące duże cząsteczki.

Receptory błonowe i antygeny mogą być reprezentowane zarówno przez białka integralne, jak i obwodowe.

Białka przylegające do błony od strony cytoplazmatycznej dzieli się na: cytoszkielet komórkowy . Mogą przyłączać się do białek błonowych.

Więc, pasmo białkowe 3 (numer prążka podczas elektroforezy białek) błon erytrocytów łączy się w zespół z innymi cząsteczkami cytoszkieletu - spektryną poprzez białko ankyrynę o niskiej masie cząsteczkowej (ryc. 1.2).

Spektryna jest głównym białkiem cytoszkieletu tworzącym dwuwymiarową sieć, do której przyłączona jest aktyna.

Aktyna tworzy mikrofilamenty, które są aparatem kurczliwym cytoszkieletu.

Cytoszkielet pozwala komórce wykazywać właściwości elastyczno-elastyczne i zapewnia dodatkową wytrzymałość membrany.

Większość białek integralnych to glikoproteiny. Ich część węglowodanowa wystaje z błony komórkowej na zewnątrz. Wiele glikoprotein ma duży ładunek ujemny ze względu na znaczną zawartość kwasu sialowego (na przykład cząsteczkę glikoforyny). Zapewnia to powierzchniom większości ogniw ładunek ujemny, pomagając odpychać inne ujemnie naładowane obiekty. Węglowodanowe występy glikoprotein są nośnikami antygenów grupowych krwi, innych determinant antygenowych komórki i działają jako receptory wiążące hormony. Glikoproteiny tworzą cząsteczki adhezyjne, które powodują, że komórki łączą się ze sobą, tj. bliskie kontakty międzykomórkowe.

Cechy metabolizmu w błonie

pola tekstowe

pola tekstowe

strzałka_w górę

Składniki błon podlegają wielu przemianom metabolicznym pod wpływem enzymów znajdujących się na ich błonie lub w jej obrębie. Należą do nich enzymy oksydacyjne, które odgrywają ważną rolę w modyfikacji hydrofobowych elementów błon – cholesterolu itp. W błonach, gdy aktywowane są enzymy – fosfolipazy – z kwasu arachidonowego powstają związki biologicznie czynne – prostaglandyny i ich pochodne. W wyniku aktywacji metabolizmu fosfolipidów w błonie powstają tromboksany i leukotrieny, które mają silny wpływ na adhezję płytek krwi, proces zapalny itp.

W membranie zachodzą w sposób ciągły procesy odnowy jej składników . Zatem czas życia białek błonowych waha się od 2 do 5 dni. Istnieją jednak w komórce mechanizmy zapewniające dostarczanie nowo syntetyzowanych cząsteczek białka do receptorów błonowych, co ułatwia wbudowanie białka w błonę. „Rozpoznanie” tego receptora przez nowo zsyntetyzowane białko ułatwia utworzenie peptydu sygnałowego, który pomaga znaleźć receptor na błonie.

Lipidy błonowe charakteryzują się także znacznym tempem wymiany, co wymaga dużych ilości kwasów tłuszczowych do syntezy tych składników błony.
Na specyfikę składu lipidowego błon komórkowych wpływają zmiany w środowisku człowieka i charakter jego diety.

Na przykład wzrost zawartości w diecie kwasów tłuszczowych z wiązaniami nienasyconymi zwiększa stan ciekły lipidów w błonach komórkowych różnych tkanek, prowadząc do korzystnej zmiany stosunku fosfolipidów do sfingomielin i lipidów do białek dla funkcji błony komórkowej.

Przeciwnie, nadmiar cholesterolu w błonach zwiększa mikrolepkość ich dwuwarstwy cząsteczek fosfolipidów, zmniejszając szybkość dyfuzji niektórych substancji przez błony komórkowe.

Pokarm wzbogacony witaminami A, E, C, P poprawia metabolizm lipidów w błonach erytrocytów i zmniejsza mikrolepkość błon. Zwiększa to odkształcalność czerwonych krwinek i ułatwia ich funkcję transportową (rozdział 6).

Niedobór kwasów tłuszczowych i cholesterolu w żywności zaburza skład lipidów i funkcje błon komórkowych.

Na przykład niedobór tłuszczu zaburza funkcje błony neutrofili, co hamuje ich zdolność do poruszania się i fagocytozę (aktywne wychwytywanie i wchłanianie mikroskopijnych obcych żywych obiektów i cząstek stałych przez organizmy jednokomórkowe lub niektóre komórki).

W regulacji składu lipidowego błon i ich przepuszczalności, regulacji proliferacji komórek ważną rolę odgrywają reaktywne formy tlenu powstające w komórce w związku z normalnie zachodzącymi reakcjami metabolicznymi (utlenianie mikrosomalne itp.).

Wytworzone reaktywne formy tlenu- rodnik ponadtlenkowy (O 2), nadtlenek wodoru (H 2 O 2) itp. są substancjami niezwykle reaktywnymi. Ich głównym substratem w reakcjach utleniania wolnorodnikowego są nienasycone kwasy tłuszczowe wchodzące w skład fosfolipidów błon komórkowych (tzw. reakcje peroksydacji lipidów). Nasilenie tych reakcji może spowodować uszkodzenie błony komórkowej, jej bariery, funkcji receptorowych i metabolicznych, modyfikację cząsteczek kwasów nukleinowych i białek, co prowadzi do mutacji i inaktywacji enzymów.

W warunkach fizjologicznych nasilenie peroksydacji lipidów regulowane jest przez układ antyoksydacyjny komórek, reprezentowany przez enzymy inaktywujące reaktywne formy tlenu – dysmutazę ponadtlenkową, katalazę, peroksydazę oraz substancje o działaniu przeciwutleniającym – tokoferol (witamina E), ubichinon itp. A wyraźny efekt ochronny na błony komórkowe (efekt cytoprotekcyjny) z różnymi szkodliwymi skutkami dla organizmu, prostaglandyny E i J2 mają „gasiące” aktywację utleniania wolnych rodników. Prostaglandyny chronią błonę śluzową żołądka i hepatocyty przed uszkodzeniami chemicznymi, neurony, komórki neuroglejowe, kardiomiocyty – przed uszkodzeniami niedotlenienia, mięśnie szkieletowe – podczas wzmożonego wysiłku fizycznego. Prostaglandyny, wiążąc się ze specyficznymi receptorami na błonach komórkowych, stabilizują dwuwarstwę tej ostatniej i ograniczają utratę fosfolipidów przez błony.

Funkcje receptorów błonowych

pola tekstowe

pola tekstowe

strzałka_w górę

Sygnał chemiczny lub mechaniczny jest najpierw odbierany przez receptory błony komórkowej. Konsekwencją tego jest chemiczna modyfikacja białek błonowych, prowadząca do aktywacji „wtórnych przekaźników”, które zapewniają szybką propagację sygnału w komórce do jej genomu, enzymów, elementów kurczliwych itp.

Transbłonową transmisję sygnału w komórce można schematycznie przedstawić w następujący sposób:

1) Receptor wzbudzony odebranym sygnałem aktywuje białka γ błony komórkowej. Dzieje się tak, gdy wiążą trifosforan guanozyny (GTP).

2) Z kolei oddziaływanie kompleksu GTP-γ-białko aktywuje enzym – prekursor przekaźników wtórnych, zlokalizowany po wewnętrznej stronie błony.

Prekursorem jednego drugiego przekaźnika, cAMP, utworzonego z ATP, jest enzym cyklaza adenylanowa;
Prekursorem innych przekaźników wtórnych – trifosforanu inozytolu i diacyloglicerolu, powstałych z błonowego fosfatydyloinozytolu-4,5-difosforanu, jest enzym fosfolipaza C. Ponadto trifosforan inozytolu mobilizuje w komórce innego wtórnego przekaźnika – jony wapnia, które biorą udział w prawie wszystkie procesy regulacyjne w komórce. Przykładowo powstający trifosforan inozytolu powoduje uwolnienie wapnia z siateczki śródplazmatycznej i wzrost jego stężenia w cytoplazmie, włączając w ten sposób różne formy odpowiedzi komórkowej. Za pomocą trifosforanu inozytolu i diacyloglicerolu funkcja mięśni gładkich i komórek B trzustki jest regulowana przez acetylocholinę, przedni płat przysadki mózgowej przez czynnik uwalniający tyreogropinę, odpowiedź limfocytów na antygen itp.
W niektórych komórkach rolę drugiego przekaźnika pełni cGMP powstający z GTP przy pomocy enzymu cyklazy guanylowej. Służy na przykład jako drugi przekaźnik hormonu natriuretycznego w mięśniach gładkich ścian naczyń krwionośnych. cAMP służy jako wtórny przekaźnik dla wielu hormonów – adrenaliny, erytropoetyny itp. (Rozdział 3).

Błony biologiczne.
Terminu „błona” (łac. membrana – skóra, błona) zaczęto używać ponad 100 lat temu na określenie granicy komórki, która z jednej strony stanowi barierę pomiędzy zawartością komórki a środowiskiem zewnętrznym, a z drugiej z drugiej jako półprzepuszczalna przegroda, przez którą może przedostać się woda i niektóre substancje. Jednak funkcje membrany nie ograniczają się do tego, ponieważ błony biologiczne stanowią podstawę strukturalnej organizacji komórki.
Struktura membrany. Według tego modelu główna membrana jest dwuwarstwą lipidową, w której hydrofobowe ogony cząsteczek są skierowane do wewnątrz, a hydrofilowe głowy na zewnątrz. Lipidy reprezentowane są przez fosfolipidy - pochodne glicerolu lub sfingozyny. Białka są związane z warstwą lipidową. Białka integralne (transbłonowe) przenikają przez błonę i są z nią ściśle związane; peryferyjne nie wnikają i są słabiej połączone z membraną. Funkcje białek błonowych: utrzymywanie struktury błony, odbieranie i przetwarzanie sygnałów z otoczenia. środowisko, transport niektórych substancji, kataliza reakcji zachodzących na membranach. Grubość membrany mieści się w zakresie od 6 do 10 nm.

Właściwości membrany:
1. Płynność. Błona nie jest sztywną strukturą, większość białek i lipidów wchodzących w jej skład może poruszać się w płaszczyźnie błony.
2. Asymetria. Skład zewnętrznej i wewnętrznej warstwy zarówno białek, jak i lipidów jest inny. Ponadto błony plazmatyczne komórek zwierzęcych mają na zewnątrz warstwę glikoprotein (glikokaliks, który pełni funkcje sygnalizacyjne i receptorowe, a także jest ważny dla łączenia komórek w tkanki)
3. Polaryzacja. Zewnętrzna strona membrany niesie ładunek dodatni, podczas gdy wewnętrzna strona ładunek ujemny.
4. Selektywna przepuszczalność. Błony żywych komórek, oprócz wody, przepuszczają tylko niektóre cząsteczki i jony rozpuszczonych substancji (użycie terminu „półprzepuszczalność” w odniesieniu do błon komórkowych nie jest do końca poprawne, ponieważ z tej koncepcji wynika, że membrana przepuszcza jedynie cząsteczki rozpuszczalnika, zatrzymując jednocześnie wszystkie cząsteczki i jony rozpuszczonych substancji.)

Zewnętrzna błona komórkowa (plazmalemma) to ultramikroskopowy film o grubości 7,5 nm, składający się z białek, fosfolipidów i wody. Elastyczna folia, która dobrze zwilża się wodą i szybko przywraca swoją integralność po uszkodzeniu. Posiada uniwersalną strukturę, typową dla wszystkich błon biologicznych. Graniczne położenie tej błony, jej udział w procesach selektywnej przepuszczalności, pinocytozy, fagocytozy, wydalania i syntezy produktów wydalniczych, w interakcji z sąsiadującymi komórkami oraz w ochronie komórki przed uszkodzeniem sprawia, że ​​jej rola jest niezwykle istotna. Komórki zwierzęce na zewnątrz błony są czasami pokryte cienką warstwą składającą się z polisacharydów i białek – glikokaliksu. W komórkach roślinnych na zewnątrz błony komórkowej znajduje się silna ściana komórkowa, która tworzy zewnętrzne wsparcie i utrzymuje kształt komórki. Składa się z błonnika (celulozy), nierozpuszczalnego w wodzie polisacharydu.